DE102019133567A1 - Cooling device and a battery system for a motor vehicle and a method for this - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (16) zum Abführen von Wärme eines Kühlobjekts (18), umfassend ein Deckblech (20) und ein Grundblech (22), wobei jeweilige Innenseiten (24, 26) der Bleche (20, 22) zumindest einen mit einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanal (32) begrenzen. Hierzu ist das Deckblech (20) an einer zu einer Umgebung (40) des zumindest einen Kühlkanals (32) gewandten Außenseite (28) an dem Kühlobjekt (18) angeordnet und an der zu einem Inneren (34) des zumindest einen Kühlkanals (32) gewandten Innenseite (26) zumindest teilweise mit einer eine Kanalstruktur (36) aufweisenden Innenseite (24) des Grundblechs (22) gefügt. Des Weiteren umfasst die Kühlvorrichtung (16) ein stationäres Fluidbremselement (42), das an einer Innenseite (24) des Grundblechs (22) angeordnet ist, wobei hierdurch ein Kühlkanalquerschnitt des zumindest einen Kühlkanals (32) zum selektiven Abbremsen des Kühlfluids verjüngt ausgestaltet ist.The invention relates to a cooling device (16) for dissipating heat from a cooling object (18), comprising a cover plate (20) and a base plate (22), the respective inner sides (24, 26) of the plates (20, 22) having at least one Limit the cooling channel (32) through which cooling fluid can flow. For this purpose, the cover plate (20) is arranged on an outside (28) facing the surroundings (40) of the at least one cooling channel (32) on the cooling object (18) and on which facing an interior (34) of the at least one cooling channel (32) facing inside (26) at least partially joined to an inside (24) of the base plate (22) having a channel structure (36). Furthermore, the cooling device (16) comprises a stationary fluid braking element (42) which is arranged on an inside (24) of the base plate (22), whereby a cooling channel cross section of the at least one cooling channel (32) for selective braking of the cooling fluid is tapered.
Description
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Abführen von Wärme eines Kühlobjekts. Des Weiteren umfasst die Erfindung ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Kühlsystem sowie ein Verfahren zum Bereitstellen der derartigen Kühlvorrichtung.The invention relates to a cooling device for dissipating heat from a cooling object. The invention further comprises a battery system for a motor vehicle with such a cooling system and a method for providing the cooling device of this type.
Es ist allgemein bekannt, dass zum Schutz eines wärmeerzeugenden Bauteils vor einem Überhitzen erforderlich ist, das Bauteil mittels einer Kühlvorrichtung zu kühlen. Dabei kann es sich bei dem wärmeerzeugenden Bauteil, d. h. einem sogenannten zu kühlenden Kühlobjekt, beispielsweise um einen elektrischen Energiespeicher handeln. Dieser kann als eine Batteriezelle Batteriemodul (mit mehreren Batteriezellen) ein Teil eines Batteriesystems für ein Kraftfahrzeug sein. Die Kühlvorrichtung kann zumindest einen mit einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanal aufweisen, der von zwei Blechen begrenzt sein kann, wobei zumindest eines der Bleche eine Kanalstruktur aufweisen kann, also z.B. eine längliche Ausbuchtung zum Bilden eines Kanals. Dabei kann das Kühlfluid die Wärme von dem Bauteil abführen und beispielsweise an eine Umgebung des Bauteils abgegeben. In diesem Zusammenhang kann eine Kühlleistung von einem Steuern eines Kühlfluidstroms beeinflusst werden.It is generally known that in order to protect a heat-generating component from overheating, it is necessary to cool the component by means of a cooling device. The heat-generating component, d. H. a so-called cooling object to be cooled, for example an electrical energy storage device. As a battery cell, this battery module (with several battery cells) can be part of a battery system for a motor vehicle. The cooling device can have at least one cooling channel through which a cooling fluid can flow and which can be delimited by two metal sheets, wherein at least one of the metal sheets can have a channel structure, for example an elongated bulge for forming a channel. The cooling fluid can dissipate the heat from the component and, for example, release it to the surroundings of the component. In this context, cooling performance can be influenced by controlling a flow of cooling fluid.
Zum Kühlen zumindest einer Batteriezelle beschreibt beispielsweise die
Eine weitere Ausgestaltung einer aus einer Aluminiumlegierung basierten Kühlvorrichtung beschreibt die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Kühlen eines Kühlobjekts einen gleichmäßigen Kühlfluidstrom in zumindest einem Kühlkanal bereitzustellen.The invention is based on the object of providing a uniform flow of cooling fluid in at least one cooling channel for cooling a cooling object.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Kühleinrichtung eine Vielzahl an Strömungskanäle umfassen kann. Dabei weisen die Strömungskanäle derzeitig jeweils einen selben Querschnitt und jeweils voneinander abweichende Strömungskanallängen auf. Dadurch werden die jeweiligen Strömungskanäle unterschiedlich von einem Kühlfluid durchflossen und somit weist ein Kühlfluidstrom ein Ungleichgewicht auf, d.h. der Kühlfluidstrom ist unausgeglichen.The invention is based on the knowledge that a cooling device can comprise a multiplicity of flow channels. The flow channels currently each have the same cross section and flow channel lengths that differ from one another. As a result, the respective flow channels are flowed through differently by a cooling fluid and thus a cooling fluid flow has an imbalance, i.e. the cooling fluid flow is unbalanced.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous developments of the invention are described by the dependent claims, the following description and the figures.
Durch die Erfindung ist eine Kühlvorrichtung der eingangs beschriebenen Art bereitgestellt, mittels welcher Wärme eines Kühlobjekts abzuführen ist. Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung umfasst ein Deckblech und ein Grundblech, wobei jeweilige Innenseiten der Bleche zumindest einen mit einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanal, d.h. zumindest einen Strömungskanal, begrenzen. Die Innenseiten der Bleche sind also die einander zugewandten Seiten der beiden Bleche. Dabei ist das Deckblech mit einer zu einer Umgebung des zumindest einen Kühlkanals gewandten Außenseite an dem Kühlobjekt angeordnet und an der zum Inneren des zumindest einen Kühlkanals gewandten Innenseite zumindest teilweise mit der Innenseite des Grundblechs gefügt. Die Innenseite des Grundblechs weist zudem eine Kanalstruktur auf. Die beiden Bleche der Kühlvorrichtung können beispielsweise aus einem Aluminiumwerkstoff, einem Edelstahlwerkstoff oder einem Stahlwerkstoff ausgebildet sein. Um eine Korrosion der Bleche zu verringern, insbesondere im Bereich des zumindest einen Kühlkanals, können die Innenseite und/oder die Außenseite des jeweiligen Blechs einen Korrosionsschutz aufweisen, der beispielsweise in Form eines Überzugs (z.B. eine Konversionsschicht, eine Eloxalschicht oder eine Chromatierung) oder einer Beschichtung (z.B. ein Kunstharz, ein Kunststoff oder ein Lack) aufgebracht sein kann. Zum Ausbilden des zumindest einen Kühlkanals werden die beiden Bleche insbesondere an der jeweiligen Innenseite miteinander gefügt, das heißt miteinander verbunden. Beispielsweise kann ein Fügen mittels Schweißen (z.B. Laserschweißen), Löten, Kleben, Umformen (z.B. Nieten) oder einem kombinierten Fügeverfahren (z.B. Kleben und Nieten) erfolgen. Das zu kühlende Kühlobjekt kann beispielsweise ein elektrischer Energiespeicher sein, der als eine Batteriezelle oder als ein Batteriemodul ein Teil eines Batteriesystems für ein zumindest teilweise elektrische antreibbares Kraftfahrzeug sein kann. Dabei kann das zum Kühlen eingesetzte Kühlfluid beispielsweise auf einer Flüssigkeit (z.B. Wasser, ein Öl oder eine Wasser-Glykol-Mischung) oder auf einem Gas (z.B. Luft, Kohlendioxid) basieren.The invention provides a cooling device of the type described at the outset, by means of which heat from a cooling object is to be dissipated. The cooling device according to the invention comprises a cover plate and a base plate, with respective inner sides of the plates delimiting at least one cooling channel through which a cooling fluid can flow, ie at least one flow channel. The insides of the sheets are therefore the mutually facing sides of the two sheets. The cover plate is arranged on the cooling object with an outside facing the surroundings of the at least one cooling channel and is at least partially joined to the inside of the base plate on the inside facing the inside of the at least one cooling channel. The inside of the base plate also has a channel structure. The two metal sheets of the cooling device can for example be formed from an aluminum material, a stainless steel material or a steel material. In order to reduce corrosion of the sheets, in particular in the area of the at least one cooling channel, the inside and / or the outside of the respective sheet can have corrosion protection, for example in the form of a coating (e.g. a conversion layer, an anodized layer or chromating) or a Coating (for example a synthetic resin, a plastic or a paint) can be applied. To form the at least one cooling channel, the two metal sheets are joined to one another, that is to say connected to one another, in particular on the respective inner side. For example, joining can take place by means of welding (eg laser welding), soldering, gluing, reshaping (eg riveting) or a combined joining process (eg gluing and riveting). The cooling object to be cooled can, for example, be an electrical energy store, which is a part of a battery cell or a battery module a battery system for an at least partially electrically drivable motor vehicle. The cooling fluid used for cooling can be based, for example, on a liquid (for example water, an oil or a water-glycol mixture) or on a gas (for example air, carbon dioxide).
Erfindungsgemäß ist ein stationäres Fluidbremselement an der Innenseite des Grundblechs angeordnet. Somit ist das Fluidbremselement an der Innenseite des Grundblechs positioniert, um eine Strömungsbremse auszubilden. Dabei kann das Fluidbremselement ortsfest ausgebildet sein, d. h. eine Position und/oder eine Lage des Fluidbremselements stets unverändert bleiben. Hierzu kann das Fluidbremselement einteilig ausgebildet sein. Zum selektiven Abbremsen des Kühlfluids ist dadurch ein Kühlkanalquerschnitt des zumindest einen Kühlkanals verjüngt ausgestaltet. Somit ist der Kühlkanalquerschnitt im Bereich des Fluidbremselements mittels dieses Fluidbremselements derart verringert, das heißt im Vergleich zu stromaufwärts und stromabwärts angerenzenden Kanalbereichen verkleinert, dass ein Kühlfluidstrom gezielt gesteuert oder eingestellt werden kann. Dabei kann beispielsweise eine Strömungsgeschwindigkeit, ein Druck, eine Temperatur oder ein Strömungsverhältnis (z.B. turbulent oder laminar) des Kühlfluids eingestellt werden. Beispielsweise handelt es sich bei dem Fluidbremselement um ein z.B. beim Fertigen der Kühlvorrichtung angeordneten externen Bauteil oder um einen Teil der Kanalstruktur des Grundblechs.According to the invention, a stationary fluid braking element is arranged on the inside of the base plate. The fluid brake element is thus positioned on the inside of the base plate in order to form a flow brake. The fluid braking element can be designed to be stationary, d. H. a position and / or a location of the fluid braking element always remain unchanged. For this purpose, the fluid braking element can be designed in one piece. For the selective braking of the cooling fluid, a cooling channel cross section of the at least one cooling channel is tapered. Thus, the cooling channel cross-section in the area of the fluid braking element is reduced by means of this fluid braking element, that is to say reduced in comparison to the upstream and downstream adjacent channel areas, that a cooling fluid flow can be controlled or adjusted in a targeted manner. For example, a flow rate, a pressure, a temperature or a flow ratio (e.g. turbulent or laminar) of the cooling fluid can be set. For example, the fluid braking element is an external component arranged, for example, when the cooling device is being manufactured, or a part of the channel structure of the base plate.
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass der mittels des Fluidbremselements beeinflusste Kühlfluidstrom eine Wärme des Kühlobjekts gleichmäßig, d.h. balanciert abführen kann. Durch die Größe und/oder Form des jeweiligen Fluidbremselements kann ein vorbestimmtes Gleichmäßigkeitskriterium erfüllt werden. Dadurch können ein Volumenstrom des Kühlfluids gezielt eingestellt und die Kühlvorrichtung besonders effizient betrieben werden. Des Weiteren ist aufgrund einer stationären und einteiligen Ausbildung das Fluidbremselement sehr robust und im Vergleich zu einem verlagerbaren und mehrteilig ausgebildeten Fluidbremselement (z.B. einem Ventil) weniger wartungsintensiv.The invention has the advantage that the cooling fluid flow influenced by the fluid braking element can dissipate heat from the cooling object uniformly, i.e. in a balanced manner. A predetermined uniformity criterion can be met by the size and / or shape of the respective fluid braking element. As a result, a volume flow of the cooling fluid can be set in a targeted manner and the cooling device can be operated particularly efficiently. Furthermore, due to a stationary and one-piece design, the fluid brake element is very robust and less maintenance-intensive compared to a displaceable and multi-part fluid brake element (e.g. a valve).
Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also includes embodiments which result in additional advantages.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass an der Außenseite des Deckblechs ein zu dem Fluidbremselement korrespondierendes Gegenelement positioniert ist. Somit ist das Gegenelement als ein Gegenhalter in Abhängigkeit von dem Fluidbremselement an der Außenseite des Deckblechs angeordnet. Beispielsweise sind das Fluidbremselement und das Gegenelement derart überlappend angeordnet, dass beide Elemente von einer mittels des Kühlkanalquerschnitts aufgespannten Ebene geschnitten werden, die normal zu einer Strömungsrichtung des Kühlfluids angeordnet ist. Das Gegenelement ist dazu eingerichtet, ein zumindest teilweise plastisches und/oder zumindest teilweise elastisches Verformen des Deckblechs in Richtung des Kühlobjekts zu begrenzen. In diesem Zusammenhang ist unter dem zumindest teilweise plastischen Verformen eine irreversible Formänderung des Deckblechs zu verstehen, wenn eine Krafteinwirkung auf das Deckblechs eine Fließgrenze überschreitet, wobei dieses Formänderung nach einem Ende der Krafteinwirkung beibehalten wird. Bei dem zumindest teilweise elastischen Verformen wird das Deckblech aufgrund der Krafteinwirkung verformt, wobei das Deckblech bei einem Wegfall der Kraftwirkung wieder in eine Ursprungsform zurückkehrt. Somit kann die Formänderung des Deckblechs gezielt gesteuert werden, indem das Gegenelement das Verformen limitiert, d. h. in einem Bereich des Gegenelements eingeschränkt. Somit unterbindet das Gegenelement in dem Bereich der Strömungsbremse einen sogenannten Aufblaseffekt des Deckblechs und hält das Deckblech im Bereich der Strömungsbremse in einer von dem Gegenelement vorgegeben Form. Dadurch kann eine von dem Fluidbremselement bedingte Engstelle, das heißt eine Verjüngung des zumindest einen Kühlkanals in einer Position gehalten, das heißt fixiert werden. Im Zusammenhang mit dem Verformen des Deckblechs kommt es zumindest bereichsweise unmittelbar an dem Kühlobjekt zu einem Anformen der Außenseite des Deckblechs, wenn eine Druckbeanspruchung des zumindest einen Kühlkanals größer als ein vorgegebener Beanspruchungswert ist. Dabei schmiegt sich zumindest bereichsweise die Außenseite des verformten Deckblechs direkt an das Kühlobjekt an. Voraussetzung hierfür ist, dass der vorgegebener Beanspruchungswert von der Druckbeanspruchung überschritten wird. Somit wird ein Zwischenraum zwischen dem Deckblech und dem Kühlobjekt zumindest teilweise ausgefüllt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Zwischenraum zwischen einer Außenseite des Deckblechs und dem Kühlobjekt insbesondere bereichsweise vollständig ausgefüllt und auf einen Einsatz eines Lückenfüllers (Gapfiller) verzichtet werden kann. Somit können besonders einfach Fertigungstoleranzen an der Außenseite des Deckblechs und des Kühlobjekts ausgeglichen und bereichsweise ein direkter Kontakt zwischen dem zu kühlenden Kühlobjekt und dem den zumindest einen Kühlkanal begrenzenden Deckblech bereitgestellt werden. Des Weitern kann eine Funktion des Fluidbremselements als Strömungsbremse sichergestellt werden, weil eine unerwünschte Aufweitung der Engstelle verhindert werden kann. Auch kann die Strömungsbremse insbesondere eingesetzt werden, wenn die Balancierung des Kühlfluidstroms geometrisch mittels eines alternativen Bremselements schwer oder nur unzureichend bereitgestellt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann das Gegenelement die Kühlvorrichtung beidseitig, das heißt an der Außenseite des Deckblechs und der Außenseite des Grundblechs umschließen.An advantageous embodiment provides that a counter-element corresponding to the fluid braking element is positioned on the outside of the cover plate. Thus, the counter element is arranged as a counter holder depending on the fluid braking element on the outside of the cover plate. For example, the fluid braking element and the counter-element are arranged overlapping in such a way that both elements are intersected by a plane spanned by the cooling channel cross section, which plane is arranged normal to a flow direction of the cooling fluid. The counter-element is designed to limit an at least partially plastic and / or at least partially elastic deformation of the cover plate in the direction of the cooling object. In this context, the at least partially plastic deformation is to be understood as an irreversible change in shape of the cover sheet when a force acting on the cover sheet exceeds a flow limit, this change in shape being maintained after the force has ended. In the case of the at least partially elastic deformation, the cover plate is deformed due to the action of force, the cover plate returning to its original shape when the action of force ceases. The change in shape of the cover plate can thus be controlled in a targeted manner by the counter-element limiting the deformation, ie restricting it in a region of the counter-element. Thus, the counter-element prevents a so-called inflation effect of the cover plate in the area of the flow brake and holds the cover plate in the area of the flow brake in a form predetermined by the counter-element. As a result, a constriction caused by the fluid braking element, that is to say a tapering of the at least one cooling channel, can be held in one position, that is to say fixed. In connection with the deformation of the cover plate, the outer side of the cover plate is formed on the cooling object, at least in some areas, if a compressive stress on the at least one cooling channel is greater than a predetermined stress value. In this case, the outside of the deformed cover plate clings directly to the cooling object, at least in some areas. The prerequisite for this is that the specified stress value is exceeded by the compressive stress. Thus, an intermediate space between the cover plate and the cooling object is at least partially filled. This results in the advantage that an intermediate space between an outside of the cover plate and the cooling object can be completely filled, in particular in certain areas, and the use of a gap filler can be dispensed with. Production tolerances on the outside of the cover plate and the cooling object can thus be compensated for in a particularly simple manner, and direct contact between the cooling object to be cooled and the cover plate delimiting the at least one cooling channel can be provided in some areas. Furthermore, the function of the fluid brake element as a flow brake can be ensured because an undesired widening of the constriction can be prevented. The flow brake can also be used in particular when the balancing of the cooling fluid flow can be provided with difficulty or only inadequately geometrically by means of an alternative brake element. Alternatively or in addition, the counter-element can enclose the cooling device on both sides, that is to say on the outside of the cover plate and the outside of the base plate.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform hierzu sieht vor, dass das Gegenelement als ein separates Bauteil ausgebildet, als eine Struktur zumindest eines der beiden Bleche ausgestaltet und alternativ oder zusätzlich von dem Kühlobjekt bereitgestellt ist. Somit kann das Gegenelement als eine eigenständige, das heißt von der Kühlvorrichtung externe Komponente bereitgestellt sein und beispielsweise einen selben oder einen davon abweichenden Werkstoff der Bleche (zum Beispiel als ein Metall, ein Polymer, insbesondere Elastomer, ein Verbundwerkstoff oder ein Hybridwerkstoff) umfassen. Hierzu kann das Gegenelement beispielsweise als ein Teil eines Unterfahrschutzes ausgebildet sein. Somit kann das Gegenelement variabel ausgestaltet sein, wobei lediglich eine Druckbeständigkeit zum Begrenzen des Verformens des Deckblechs zu gewährleisten ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Gegenelement als eine Struktur zumindest eines der beiden Bleche und somit in zumindest eines der beiden Bleche integriert ausgebildet sein. Somit ist das Gegenelement ein Teil des Deckblechs und/oder des Grundblechs, wobei der Teil beispielsweise als eine bereichsweise angeordnete Versteifung an der jeweiligen Außenseite des zumindest eine Blechs realisiert sein kann. Hierdurch kann eine besonders kompakte Bauweise die Kühlvorrichtung bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich ist das Gegenelement ein Teil des Kühlobjekts. Beispielsweise kann es sich hierbei um ein mehrere Batteriezellen fixierendes Befestigungselement (einen sogenannten Sidebinder) eines Batteriemoduls, ein Karosserie- oder ein Strukturelement des Kraftfahrzeugs, eine Strebe oder ein Versteifungselement handeln. Hierbei durch ergibt sich der Vorteil, dass bei einem Fertigen der Bleche und des zumindest einen Kühlkanals eine Konstruktion des Gegenelements unberücksichtigt und erst zu einem späteren Zeitpunkt realisiert werden kann.A further advantageous embodiment of this provides that the counter-element is designed as a separate component, designed as a structure of at least one of the two metal sheets and is alternatively or additionally provided by the cooling object. The counter-element can thus be provided as an independent component, that is to say external to the cooling device, and can comprise, for example, the same or a different material of the sheets (for example as a metal, a polymer, in particular an elastomer, a composite material or a hybrid material). For this purpose, the counter-element can be designed, for example, as part of an underrun protection. Thus, the counter-element can be designed variably, only a pressure resistance to limit the deformation of the cover plate is to be ensured. Alternatively or additionally, the counter-element can be designed as a structure of at least one of the two metal sheets and thus integrated into at least one of the two metal sheets. Thus, the counter-element is a part of the cover plate and / or the base plate, wherein the part can be implemented, for example, as a reinforcement arranged in regions on the respective outside of the at least one plate. In this way, the cooling device can be provided with a particularly compact design. Alternatively or additionally, the counter-element is part of the cooling object. For example, this can be a fastening element (a so-called sidebinder) of a battery module that fixes several battery cells, a body or structural element of the motor vehicle, a strut or a stiffening element. This results in the advantage that when the metal sheets and the at least one cooling channel are manufactured, a construction of the counter-element is not taken into account and can only be implemented at a later point in time.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der zumindest eine Kühlkanal zumindest zwei parallel zueinander angeordnete Hauptkühlkanäle zum Einströmen und zum Ausströmen des Kühlfluids aufweist. Somit umfasst der zumindest eine Kühlkanal einen Einströmkanal und einen Ausströmkanal, wobei eine Parallelität eine Lagebeziehung der zumindest zwei Hauptkühlkanäle charakterisiert. Die zumindest zwei Hauptkühlkanäle sind mittels zumindest eines Nebenkühlkanals miteinander verbunden, wobei der zumindest eine Nebenkühlkanal normal zu den zumindest zwei Hauptkühlkanälen angeordnet ist. Insbesondere umfasst der zumindest eine Nebenkühlkanal eine Vielzahl an parallel nebeneinander angeordneten Nebenkühlkanal. Dabei kann insbesondere bei einer entsprechender Auslegung der mittels des Fluidbremselements realisierten Strömungsbremse ein Strömungswiderstand erhöht und/oder einem Druckabfall erzeugt werden, um eine Balancierung des Kühlfluidstroms zwischen den parallel liegenden Nebenkühlkanälen bereitzustellen. Bei einem Durchströmen fließt das Kühlfluid von dem Einströmkanal über den zumindest eine Nebenkühlkanal in den Ausströmkanal. Dabei beschreibt eine Längserstreckung des zumindest einen Nebenkühlkanals einen Normalabstand zwischen den zumindest zwei parallel Hauptkühlkanälen. Des Weiteren ist die Längserstreckung des Nebenkühlkanals kleiner oder gleich einer jeweiligen Längserstreckung des jeweiligen der zumindest zwei Hauptkühlkanäle. Somit ist eine Längserstreckung des Einströmkanals und eine Längserstreckung des Austrittskanals größer als die Längserstreckung des zumindest einen Nebenkühlkanals. Hierdurch kann eine symmetrische und besonders gleichmäßige Wärmeabfuhr anhand normal und/oder parallel zueinander angeordnete Kanalabschnitte des zumindest einen Kühlkanals realisiert sein.A further advantageous embodiment provides that the at least one cooling channel has at least two main cooling channels arranged parallel to one another for the inflow and for the outflow of the cooling fluid. The at least one cooling channel thus comprises an inflow channel and an outflow channel, a parallelism characterizing a positional relationship of the at least two main cooling channels. The at least two main cooling channels are connected to one another by means of at least one secondary cooling channel, the at least one secondary cooling channel being arranged normal to the at least two main cooling channels. In particular, the at least one secondary cooling channel comprises a multiplicity of secondary cooling channels arranged parallel to one another. In this case, especially with a corresponding design of the flow brake implemented by means of the fluid brake element, a flow resistance can be increased and / or a pressure drop can be generated in order to provide a balancing of the cooling fluid flow between the parallel auxiliary cooling channels. When flowing through, the cooling fluid flows from the inflow channel via the at least one secondary cooling channel into the outflow channel. A longitudinal extension of the at least one secondary cooling channel describes a normal distance between the at least two parallel main cooling channels. Furthermore, the longitudinal extent of the secondary cooling duct is smaller than or equal to a respective longitudinal extent of the respective one of the at least two main cooling ducts. Thus, a longitudinal extension of the inflow channel and a longitudinal extension of the outlet channel are greater than the longitudinal extension of the at least one secondary cooling channel. In this way, a symmetrical and particularly uniform heat dissipation can be implemented using channel sections of the at least one cooling channel that are arranged normally and / or parallel to one another.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass in einer Strömungsrichtung des Kühlfluids das Fluidbremselement vor einem Einströmbereich des Kühlfluids in einen Ausströmkanal angeordnet ist. Somit ist das Fluidbremselement stromaufwärts vor dem Ausströmkanal positioniert, sodass das Kühlfluid zum Einströmen in den Einströmbereich das Fluidbremselement überströmt. Dabei ist eine die Verjüngung verursachende Ausprägung des Fluidbremselements von einer Relativposition innerhalb der Kühlvorrichtung abhängig ausgeformt. In diesem Zusammenhang beschreibt die Ausprägung insbesondere eine geometrische Form und/oder eine Ausgestaltung einer Oberfläche des Fluidbremselements, die den Kühlkanalquerschnitt und insbesondere dessen Verjüngung und einen daraus resultierenden Druckabfall in einem Bereich des Fluidbremselements beeinflusst, das heißt vorgibt. Somit gibt eine Position des Fluidbremselements in Bezug auf die Kühlvorrichtung die Ausprägung des Fluidbremselements vor. Hierbei ist insbesondere ein Relativabstand des Fluidbremselements zu einer Strömungsquelle bedeutend. Dabei kann die Strömungsquelle eine Einströmöffnung für das Kühlfluid in die Kühlvorrichtung sein, die beispielsweise an dem Grundblech angeordnet ist, und der Relativabstand eine vom Kühlfluid zurückliegende Strecke entlang jeweilige Abschnitte des zumindest einen Kühlkanals beschreiben. Somit kann beispielsweise sichergestellt sein, dass für einen Kühlkanal in einem Nahbereich der Strömungsquelle ein größerer Strömungswiderstand als für einen weiteren Kühlkanal bereitgestellt wird, der einen größeren Abstand zu der Strömungsquelle aufweist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der jeweilige Strömungswiderstand gezielt angepasst und die Wärme vom Kühlobjekt besonders gleichmäßig abgeführt werden kann.A further advantageous embodiment provides that, in a flow direction of the cooling fluid, the fluid braking element is arranged in front of an inflow region of the cooling fluid into an outflow channel. The fluid braking element is thus positioned upstream in front of the outflow channel, so that the cooling fluid flows over the fluid braking element to flow into the inflow area. In this case, an expression of the fluid braking element causing the taper is shaped as a function of a relative position within the cooling device. In this context, the expression describes in particular a geometric shape and / or a configuration of a surface of the fluid brake element, which influences the cooling channel cross-section and in particular its taper and a pressure drop resulting therefrom in a region of the fluid brake element, that is to say predetermines it. Thus, a position of the fluid brake element in relation to the cooling device specifies the expression of the fluid brake element. A relative distance between the fluid braking element and a flow source is particularly important here. The flow source can be an inflow opening for the cooling fluid into the cooling device, which is arranged, for example, on the base plate, and the relative distance describes a distance covered by the cooling fluid along respective sections of the at least one cooling channel. It can thus be ensured, for example, that a greater flow resistance is provided for a cooling duct in the vicinity of the flow source than for a further cooling duct which is at a greater distance from the flow source. This has the advantage that the respective flow resistance can be adjusted in a targeted manner and the heat from the cooling object can be dissipated particularly evenly.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Grundblech eine Grundblechdicke und das Deckblech eine zu der Grundblechdicke geringere oder gleiche Deckblechdicke aufweist. In diesem Zusammenhang beschreibt eine jeweilige Blechdicke einen Normalabstand zwischen der jeweiligen Innenseite und der jeweiligen Außenseite des jeweiligen Blechs. Dabei beträgt die Grundblechdicke zwischen 0,5 mm und 1,0 mm und die Deckblechdicke zwischen 0,1 mm und 0,7 mm, insbesondere zwischen 0,3 mm und 0,4 mm. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Grundblechdicke eine Steifigkeit der Kühlvorrichtung erhöhen und unter Umständen ein Weglassen eines Unterfahrschutz erlaubt. Des Weiteren kann anhand der Deckblechdicke besonders einfach ein Verformungswiderstand des Deckblechs vorgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich können beide Bleche insbesondere auch dieselbe Blechdicke aufweisen, sodass das Deckblech und das Grundblech zumindest einen gemeinsamen Fertigungsschritt (z.B. Walzen, Beschichten) aufweisen können.A further advantageous embodiment provides that the base sheet has a base sheet thickness and the cover sheet has a cover sheet thickness that is less than or equal to the base sheet thickness. In this context, a respective sheet metal thickness describes a normal distance between the respective inside and the respective outside of the respective sheet. The base sheet thickness is between 0.5 mm and 1.0 mm and the cover sheet thickness is between 0.1 mm and 0.7 mm, in particular between 0.3 mm and 0.4 mm. This has the advantage that a base plate thickness increases the rigidity of the cooling device and, under certain circumstances, allows an underrun protection to be omitted. Furthermore, a deformation resistance of the cover sheet can be specified in a particularly simple manner on the basis of the cover sheet thickness. Alternatively or in addition, both sheets can in particular also have the same sheet thickness, so that the cover sheet and the base sheet can have at least one common production step (e.g. rolling, coating).
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass ein Querschnitt des Fluidbremselements zumindest abschnittsweise als ein Kreisbogen und alternativ oder zusätzlich als ein Polygon ausgebildet ist. Somit gibt eine Form des Fluidbremselements dessen Querschnitt vor. Dabei kann das Fluidbremselement die Form eines Kreissektors aufweisen, wobei ein zugehöriger Teil einer Kreislinie den Kreisbogen bildet. Alternativ oder zusätzlich kann das Fluidbremselement als ein Vieleck, beispielsweise als ein Trapez oder ein Dreieck ausgebildet sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass in Abhängigkeit von der Form des Fluidbremselements besonders einfach ein Querschnitt des zumindest einen Kühlkanals und daher ein Kühlfluidstrom beeinflusst werden kann.A further advantageous embodiment provides that a cross section of the fluid braking element is designed at least in sections as an arc of a circle and alternatively or additionally as a polygon. A shape of the fluid braking element thus dictates its cross section. The fluid braking element can have the shape of a sector of a circle, an associated part of a circular line forming the arc of a circle. Alternatively or additionally, the fluid braking element can be designed as a polygon, for example as a trapezoid or a triangle. This results in the advantage that, depending on the shape of the fluid braking element, a cross section of the at least one cooling channel and therefore a cooling fluid flow can be influenced in a particularly simple manner.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Fluidbremselement als eine separate Komponente ausgebildet und alternativ oder zusätzlich durch eine Form des Grundblechs gegeben ist. Somit kann das Fluidbremselement als ein eigenständiges, das heißt von der Kühlvorrichtung externes Bauteil bereitgestellt sein und beispielsweise aus einem selben oder einen davon abweichenden Werkstoff der Bleche (zum Beispiel als ein Metall, ein Polymer, insbesondere Elastomer, ein Verbundwerkstoff oder ein Hybridwerkstoff) gefertigt sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass bei einem Fertigen der Bleche und des zumindest einen Kühlkanals das Fluidbremselement unberücksichtigt bleibt und zu einem späteren Zeitpunkt, insbesondere wenn eine Anforderung an das Fluidbremselement bekannt ist, eingebaut werden kann. Des Weiteren kann das Fluidbremselement auch beispielsweise von einem an der Außenseite des Grundblechs grenzenden Bauteil, beispielsweise von einem Bodenblech oder einem Unterfahrschutz, bereitgestellt sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Fluidbremselement als eine Struktur des Grundblechs ausgebildet sein und somit in das Grundblech integriert sein. Somit ist das Fluidbremselement ein Teil des Grundblechs und kann beispielsweise als eine bereichsweise angeordnete Erhebung realisiert sein. Hierdurch kann eine besonders kompakte Bauweise die Kühlvorrichtung bereitgestellt werden.A further advantageous embodiment provides that the fluid braking element is designed as a separate component and, alternatively or additionally, is given by a shape of the base plate. Thus, the fluid braking element can be provided as an independent component, that is to say external from the cooling device, and can be manufactured, for example, from the same or a different material of the sheets (for example as a metal, a polymer, in particular an elastomer, a composite material or a hybrid material) . This results in the advantage that when the metal sheets and the at least one cooling channel are manufactured, the fluid braking element is not taken into account and can be installed at a later point in time, in particular when a requirement for the fluid braking element is known. Furthermore, the fluid braking element can also be provided, for example, by a component adjoining the outside of the base plate, for example by a floor plate or an underride guard. Alternatively or additionally, the fluid braking element can be designed as a structure of the base plate and thus be integrated into the base plate. The fluid braking element is thus part of the base plate and can be implemented, for example, as an elevation arranged in regions. In this way, the cooling device can be provided with a particularly compact design.
Zu der Erfindung gehört auch ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug, dass eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung umfasst. Dabei ist das Kühlobjekt als zumindest ein elektrischer Energiespeicher des Kraftfahrzeugs ausgebildet, der dazu eingerichtet ist, das Kraftfahrzeug zum zumindest teilweise elektrischen Antreiben mit elektrischer Energie zu versorgen. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als ein Kraftwagen, insbesondere als ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen, oder als ein Personenbus oder ein Motorrad ausgestaltet. Des Weiteren kann es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug handeln. Das Batteriesystem kann als den zumindest einen elektrischen Energiespeicher eine Vielzahl elektrisch miteinander verschalteter Batteriezellen umfassen, die beispielsweise als prismatische Zellen oder als Pouch-Zellen ausgestaltet sein. Durch die elektrische Verschaltung der Batteriezellen kann ein solches Batteriesystem beispielsweise auf der Grundlage mehrerer Batteriezellen eine elektrische Spannung von mehr 25 als 60 Volt und insbesondere von mehreren 100Volt bereitstellen, weshalb es dann auch als ein Hochvolt-Batteriesystem bezeichnet wird.The invention also includes a battery system for a motor vehicle that comprises an embodiment of the cooling device according to the invention. The cooling object is designed as at least one electrical energy store of the motor vehicle, which is set up to supply the motor vehicle with electrical energy for at least partially electrical drive. The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or a truck, or as a passenger bus or a motorcycle. Furthermore, the motor vehicle can be an electric vehicle or a hybrid vehicle. As the at least one electrical energy store, the battery system can comprise a multiplicity of electrically interconnected battery cells, which are designed, for example, as prismatic cells or as pouch cells. Due to the electrical connection of the battery cells, such a battery system can provide an electrical voltage of more than 25 than 60 volts and in particular of several 100 volts, for example on the basis of several battery cells, which is why it is then also referred to as a high-voltage battery system.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriesystems, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriesystems hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the battery system according to the invention which have features as they have already been described in connection with the further developments of the cooling device according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the battery system according to the invention are not described again here.
Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Bereitstellen einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung. Hierzu werden ein Deckblech und ein Grundblech bereitgestellt. Zum Begrenzen zumindest eines mit einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanals mittels der beiden Innenseiten wird das Deckblech an einer zu einer Umgebung des zumindest einen Kühlkanals gewandten Außenseite an dem Kühlobjekt angeordnet und an der zu einem Inneren des zumindest einen Kühlkanals gewandten Innenseite zumindest teilweise mit einer eine Kanalstruktur aufweisenden Innenseite gefügt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlkanalquerschnitt des zumindest einen Kühlkanals mittels eines an der Innenseite des Grundblechs angeordneten stationären Fluidbremselements verjüngt wird, wobei das Kühlfluid selektiv gebremst wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein mittels des Fluidbremselements beeinflusste Kühlfluidstrom eine Wärme des Kühlobjekts besonders gleichmäßig, d.h. balanciert abführen und die Kühlvorrichtung besonders effizient betrieben werden kann.The invention also includes a method for providing an embodiment of the cooling device according to the invention. A cover plate and a base plate are provided for this purpose. To delimit at least one cooling channel through which a cooling fluid can flow by means of the two inner sides, the cover plate is arranged on an outer side facing the surroundings of the at least one cooling channel on the cooling object and on the inner side facing an interior of the at least one cooling channel at least partially with a channel structure Inside is joined. The method according to the invention is characterized in that a cooling channel cross section of the at least one cooling channel by means of a arranged on the inside of the base plate stationary fluid braking element is tapered, wherein the cooling fluid is selectively braked. This results in the advantage that a cooling fluid flow influenced by means of the fluid braking element can dissipate heat from the cooling object particularly uniformly, ie in a balanced manner, and the cooling device can be operated particularly efficiently.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform hierzu sieht vor, dass das Deckblech während einer Fertigung und alternativ oder zusätzlich bei einem Betreiben der Kühlvorrichtung zumindest teilweise plastisch und/oder zumindest teilweise elastisch verformt wird, wobei mittels eines Fertigungsfluids und alternativ oder zusätzlich des Kühlfluids ein Überdruck zum Verformen des Deckblechs in dem zumindest einen Kühlkanal erzeugt wird. Somit verursacht ein unter Überdruck stehendes Fluid, d. h. das Fertigungsfluid und/oder das Kühlfluid, eine Druckbeanspruchung des zumindest einen Kühlkanals, woraufhin das Deckblech nach außen, insbesondere in Richtung eines an dem Deckblech angeordneten Kühlobjekts, verformen kann. Hierbei kann ein jeweiliger Überdruck beispielsweise 3 bar bei dem Fertigungsfluid und zwischen 0,5 und 1,5 bar bei dem Kühlfluid betragen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass in Abhängigkeit von einem gewünschten Verformungsgrad der Überdruck beim Fertigen und oder Betreiben der Kühlvorrichtung eingestellt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann das Verformen auch mehrstufig ausgeführt werden, sodass in einem ersten Verformungsschritt im Zuge des Fertigens ein grundsätzliches Verformen und bei einem zweiten und finalen Verformungsschritt während des Betreibens ein Anformen der Außenseite des Deckblechs an das Kühlobjekt erfolgen kann.A further advantageous embodiment of this provides that the cover plate is at least partially plastically and / or at least partially elastically deformed during production and alternatively or additionally when the cooling device is operated, with an overpressure for deforming the by means of a production fluid and alternatively or additionally the cooling fluid Cover plate in which at least one cooling channel is generated. Thus, a pressurized fluid, i. H. the production fluid and / or the cooling fluid, a pressure load on the at least one cooling channel, whereupon the cover plate can deform outwards, in particular in the direction of a cooling object arranged on the cover plate. Here, a respective overpressure can be, for example, 3 bar for the production fluid and between 0.5 and 1.5 bar for the cooling fluid. This results in the advantage that the overpressure during manufacture and / or operation of the cooling device can be set as a function of a desired degree of deformation. Alternatively or additionally, the deformation can also be carried out in several stages, so that in a first deformation step in the course of production, a basic deformation and in a second and final deformation step during operation, the outside of the cover plate can be molded onto the cooling object.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the method according to the invention which have features as they have already been described in connection with the further developments of the cooling device according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Kühlvorrichtung in einer Seitenansicht; -
2 ausschnittsweise eine schematische Schnittdarstellung der Kühlvorrichtung in einer Ausführungsform; -
3 ausschnittsweise eine schematische Schnittdarstellung der Kühlvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform; und -
4 eine schematische Perspektivdarstellung eines Grundblechs der Kühlvorrichtung.
-
1 a schematic representation of a motor vehicle with a cooling device in a side view; -
2 a fragmentary schematic sectional illustration of the cooling device in one embodiment; -
3rd a fragmentary schematic sectional illustration of the cooling device in a further embodiment; and -
4th a schematic perspective illustration of a base plate of the cooling device.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another and that each also develop the invention independently of one another. Therefore, the disclosure is intended to include combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.
Zum selektiven Abbremsen des Kühlfluids weist der Kühlkanal
Des Weiteren umfasst die Kühlvorrichtung
Den Schnittdarstellungen in
Zum Bereitstellen der Kühlvorrichtung
Eine bisherige Ausführung der Kühlvorrichtung
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Fluidkühlung (Kühlvorrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- WO 2017/065762 A1 [0003]WO 2017/065762 A1 [0003]
- CN 000109807247 A [0004]CN 000109807247 A [0004]
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